第九講羧酸及其衍生物含氮化合物

1、羧酸及其衍生物1 羧酸羧酸n羧酸：分子中含有羧基的化合物。n羧基：COOH 1.1 命名命名1.1.1 系統(tǒng)命名法： 選擇含羧基的碳鏈作為主鏈，編號從羧基開始。n 一元羧酸： HCOOH CH3COOH 甲酸 乙酸 3-甲基-2-丁烯酸 3-（對-氯苯基）丁酸 苯甲酸CH3CCHCOOHCH3CH3CHCH2COOHClCOOHn二元羧酸： HOOCCOOH 乙二酸 丁烯二酸 對苯二甲酸CHCOOHCHCOOHCOOHCOOHn1.1.2 一些化合物的俗名： 蟻酸（甲酸），醋酸（乙酸），草酸（乙二酸） 硬脂酸（CH3(CH2)16COOH）， 軟脂酸（CH3(CH2)14COOH）， 甘氨酸（

2、H2NCH2COOH） 肉桂酸 檸檬酸 乳酸CH2COOHCCH2COOHHOCOOHCH=CHCOOHCH3CHCOOHOH1.2羧酸的來源與制法羧酸的來源與制法 n 羧酸廣泛存在于自然界中，與人類的關(guān)系極為密切。如食用醋就是68%的醋酸；檸檬中含有檸檬酸，松香中含有松香酸，單寧中含有沒食子酸，膽汁中存在有膽甾酸，實際上大多數(shù)羧酸是以酯的形式存在于自然界中，如苯甲酸（安息香酸）就以酯的形式存在于安息香中；油脂是高級脂肪酸的酯；草酸則以鹽的形式存在于許多植物細胞中。n 羧酸的制備方法較多，常用的有氧化法、水解法和由有機金屬化合物制備等。n1.2.1由烴、醇、醛氧化 常用的氧化劑有K2Cr2O7

3、+H2SO4, KMnO4, HNO3, CrO3 等。 芳烴支鏈的氧化常用于芳香族羧酸的合成：CH3CH2CH2CH3KMnO4 / OH-回流COOHCOOHCH3C(CH3)3K2Cr2O7 / H2SO4COOHC(CH3)3n 通常采用醇作原料氧化制備羧酸，由醛出發(fā)制備羧酸只適用于那些容易得到的醛。如：CH3CH2CH2OH Na2Cr2O7/H2SO4CH3CH2COOH65%CH3(CH2)3CHCH2OHCH3CH21.KMnO4/OH-CH3(CH2)3CHCOOHCH3CH274%n-C6H13CHOKMnO4/H2SO4n-C6H13COOH75%OCHOOCOOH75%

4、CrO3/H2O室溫2. H+n1.2.2由腈、酯等羧酸衍生物水解 腈在酸性或堿性條件下回流水解，生成羧酸。伯鹵代烷通過親核取代反應(yīng)，容易制得腈，因為用叔鹵代烷制腈容易發(fā)生消去反應(yīng)，因此腈水解制備羧酸一般從伯代鹵烷出發(fā)。 例如：R CH2CNH2SO4, H2O或 O H-, H2ORCH2COOHC6H5CH2ClNaCN, DMSOC6H5CH2CNH3O+C6H5CH2COOH(CH3)2CHCH2CH2ClNaCNPTC(CH3)2CHCH2CH2CNOH-/H2O(CH3)2CHCH2CH2COOHCH3COOC2H5H3O+CH3COOHC2H5OH+n1.2.3 羧化法n1.3

5、化學(xué)性質(zhì) 1.3.1 酸性： RCOOH ArOH H2O ROH RCCH NH3 RH RCOOH + NaHCO3 RCOONa + CO2 + H2O RCOONa + HCl RCOOH + NaClRMgXCO2RCOMgXOH2ORCOHO+CCOOHH影響分子酸堿強度的因素（一）結(jié)構(gòu)因素 電子效應(yīng)（1）共軛效應(yīng) 共軛效應(yīng)是軌道離域或電子離域所產(chǎn)生的一種電子效應(yīng)。 RCOOH pKa = 45 ROH pKa = 1619 在羧酸根離子中兩個氧原子是等同的： 這種共軛效應(yīng)的存在使羧酸根離子得以穩(wěn)定。 （共振效應(yīng)） 穩(wěn)定化酸與不穩(wěn)定化堿的共振效應(yīng)使酸的堿度降低，穩(wěn)定化堿與不穩(wěn)定化酸

6、的共振效應(yīng)使酸度增強。 COOCOO-CO-O（2）誘導(dǎo)效應(yīng) 誘導(dǎo)效應(yīng) (I)：由于原子或基團電負(fù)性的影響，引起分子中電子云沿鍵傳遞的效應(yīng)稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。 和基團或原子的電負(fù)性及相對距離有關(guān)。 I: F OR NRI: F OR NR2 2 CR CR3 3 F Cl Br I F Cl Br I +I: NR +I: NR- - O O- - HCH2COOH ClCH2COOH CH3CH2COOH KaKa 1.75x10 1.75x10-5-5 1.4x10 1.4x10-3-3 1.3x10 1.3x10-5-5 CH3CH2CH2COOH CH3CH2CHClCOOH CH3CHCl

7、CH2COOHClCH2CH2CH2COOH pKapKa 4.82 2.82 4.41 4.70 4.82 2.82 4.41 4.70 pKapKa 4.76 1.68 4.76 1.68COOHCHH2COOHCHNO22 吸電子基的吸電能力： pK1 1.3 2.0 3.0 pK2 4.27 6.3 4.4 兩羧基離得越近，相互影響（場效應(yīng)）越大，K1 , K2差別越大。 氫鍵 PKa 2.98 4.58HXCONHCOORCOOHSOCNOCNO22|2HHOOCHCOOHC=CHHOOCHCOOHC=CCOOHHOOCOHCOOHOHOOH（二）外部條件 1 溶劑 不同溶劑中，酸堿

8、強度主要取決于溶劑的介電常數(shù)及溶劑對離子 的溶劑化能力的大小。 2 溫度 酸性 30 (RCO)2O RCOOR RCONH2 RCONR2R COL+NuRCOLNuRCNuO+L水解：RCOCl RCOOH + HCl(RCO)2O + H2O 2 RCOOH (加熱)RCOOR RCOOH + ROH （催化）RCONH2 RCOOH + NH3 （催化、回流）醇解：RCOCl RCOOR + HCl(RCO)2O + ROH RCOOR + RCOOHRCOOR” RCOOR + R”O(jiān)H (酯交換反應(yīng))酰胺不能發(fā)生醇解反應(yīng)（1）水解、醇解、氨解氨解：RCOCl RCONH2 + HC

9、l(RCO)2O + NH3 RCONH2 + RCOONH4RCOOR” RCONH2 + R”O(jiān)HCH3COCCH3O OCOOHOHCOOHOCCH3O+緩釋Aspirin例：阿司匹林的制備：酯的水解反應(yīng)歷程堿性水解：RCOROOH-RCO-OHORRCOHORO-ROHRCOO-+fastfastslowslowv=kRCOOROH-酸性水解：RCORORCOHOH2+OR+ H+RCOROH+RCOHOHO+RH-ROHRCOHOH+RCOOHH+H2O+（2） 與Grignard 試劑的反應(yīng)+ RMgClRCORRCOCl(fast)RCOOR+ RMgClRCOR(1) RMgC

10、l(2) H2OR CRROH酸酐與Grignard 試劑的反應(yīng)在低溫下也可得到酮。酰胺與Grignard 試劑作用時，氮上的氫可使Grignard 試劑分解。該反應(yīng)不適合用于制備酮，但可制備醇。2.2.2 還原催化氫化或用LiAlH4作還原劑，酰鹵、酸酐、酯可被還原成醇，酰胺則被還原成胺。2.2.3 酯縮合反應(yīng) Claisen縮合:2CH3COOC2H5 CH3COCH2COOC2H5C C2 2H H5 5ONaONaCH3COC2H5O+ C2H5OCH2C OC2H5OCH2=C OC2H5O+ C2H5OHCH3COOC2H5+ CH2COC2H5OCH3COOC2H5CH2COC2

11、H5OCH3CCH2COC2H5OO+C2H5OH 在一個分子內(nèi)發(fā)生的Claisen縮合成為Dieckmann縮合:CH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5NaTolueneCH2CH2CH2CHCOCOOC2H5例：(A)(B)(C)(D)NCOCH2COOC2H5C2H5OOCH2COCNCOCH2COOHHOOCH2COCNCOCH3H3COCNNN2.2.5 Reformatsky反應(yīng)BrCH2COOC2H5+ZnBrZnCH2COOC2H5BrZnCH2COOC2H5+C6H5CCH3OH2OC6H5CCH3OZnBrCH2COOC2H5C6H5CCH3OHCH2COOC

12、2H5ZnBrOH+2.2.4 Knoevenagel 縮合：C6H5CHO + CH2(COOC2H5)2 C6H5CH=C(COOC2H5)2六氫吡啶2.3 油脂油脂高級脂肪酸甘油酯的通稱。室溫下呈液態(tài)油；室溫下呈固態(tài)脂。CH2OCOR1CHOCOR2CHOCOR3+NaOHCH2OHCHOHCH2OH+R1COONaR2COONaR3COONa 水解后的脂肪酸一般是含十個碳以上的雙數(shù)碳原子的羧酸。飽和酸最多的是C12C18酸。動物脂肪中含有大量軟脂酸和硬脂酸，硬脂酸在動物脂肪中含量較多（1030%），軟脂酸分布最廣，幾乎所有油脂中均有。2.4 羧酸衍生物的制備羧酸衍生物的制備可由羧酸或其

13、它羧酸衍生物制備（見羧酸衍生物性質(zhì)部分）。 SOCl2 RCOOH + PCl3 RCOCl PCl5COOHCOOH230OOORCOCl + RCOO-RCOCRO O2.5 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的應(yīng)用乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的應(yīng)用RX可以是鹵代烴、酰鹵、-鹵代酮、鹵代酸酯等。但不可是乙烯式、芳鹵式鹵代烴和三級鹵代烴。還可在同一個碳上導(dǎo)入第二個R基團。CH3COCH2COOC2H5NaOC2H5CH3CCHCOOC2H5O_CH3CCHCOOC2H5O-RXCH3COCHCOOC2H5RKOHCH3COCH2RCH3COCHCOOKRHCl濃堿RCH2COO-RCH2COO

14、HH+CH3CCH2COOC2H5O(1) EtONa(1) EtONa(1) EtONa(1) EtONaRXCH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2COOC2H5O(2)RCOX(2) XCH2CORCH3CCHCOOC2H5OR酮式分解酮式分解酮式分解酮式分解CH3CCH2ROCH3CCHCOOC2H5OCORCH3CCHCOOC2H5OCH2CORCH3CCHCOOC2H5OCH2CO2EtCH3CCH2CROOCH3CCH2CH2CROOCH3CCH2CH2COOHO(2)(2)XCH2COOEt甲基酮- 二酮- 二酮- 酮酸NaOC2H5RXKOHH+RCH2COOHCH2(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2RCH(COOC2H5)2RCH(COOK)2CH2(COOC2H5)2(1) 2EtONa(2) Br(CH2)3BrCO2C2H5CO2C2H5(1) OH- -,(2)H3O+COOH環(huán) 烷 取 代 酸(3) , - -CO2COOHCOOH(1) OH- -,(2)H3O+(3)